DE212011100047U1

DE212011100047U1 - Oberflächenempfangsspulen zum Einsatz in Thermoablationsprozeduren

Info

Publication number: DE212011100047U1
Application number: DE212011100047U
Authority: DE
Original assignee: National Health Research Institutes
Current assignee: National Health Research Institutes
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2012-09-11
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: JP5998053B2; WO2011084946A2; JP2013516248A; CN108051764A; US9864032B2; TWI422356B; US20110166437A1; CN103003712B; DE112011100190B4; CN108051764B; WO2011084946A3; DE112011100190T5; TW201124114A; CN103003712A

Abstract

Magnetresonanzbildgebungssystem zum Einsatz über einem Untersuchungsbereich eines Probanden , wobei das genannte System umfasst: einer ersten HF-Spule für den Empfang eines HF-Signals des genannten Probanden, wobei die erste HF-Spule an einer Positionierungsvorrichtung angebracht ist und über der genannten Zielregion des Probanden bewegt werden kann, einer zweiten HF-Spule für den Empfang eines HF-Signals des genannten Probanden, von dem ein Bild erzeugt werden soll, wobei die genannte zweite HF-Spule größer als die genannte erste HF-Spule ist und ein größeres Sichtfeld als die genannte erste HF-Spule hat, einer Bildgebungsvorrichtung, die für die Verarbeitung gekoppelter HF-Signale aus der genannten ersten HF-Spule und der genannten zweiten HF-Spule zur Erzeugung eines MRT-Bildes programmiert ist.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Im Rahmen der Pariser Verbandsübereinkunft beansprucht diese Anmeldung das Prioritätsdatum 5. Januar 2010 der US-Anmeldung 12/652,450, deren Inhalt hiermit zum Bestandteil dieses Dokuments gemacht wird.
FELD DER OFFENLEGUNG
Diese Offenlegung bezieht sich auf medizinische Bildgebungssysteme, insbesondere auf MRT-Systeme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Magnetresonanztomographie (MRT oder MRI) ist wegen ihrer Fähigkeit, auf nichtinvasive Weise sehr detaillierte anatomische Bilder mit ausgezeichnetem Weichteilgewebekontrast zu liefern, ein klinisch wichtiges medizinisches Bildgebungsverfahren. Diese Eigenschaften der MRT machen sie zu einem wichtigen Instrument für bildgestützte Biopsie und bildgestützte Therapie unter Verwendung von hochintensivem fokussiertem Ultraschall (HIFU), Radiofrequenzwellen (HF-Wellen), Mikrowellen, Kryotherapie, Laser und Bestrahlung.
Beim MRT-Verfahren wird der Proband in ein statisches Magnetfeld platziert, das konstant bleibt. Das magnetische Moment der Atomkerne im Probanden wird am Magnetfeld ausgerichtet. Ebenso wird der Proband einem oszillierenden Magnetfeld ausgesetzt, das eine ausgewählte Frequenz im HF-Bereich des elektromagnetischen Spektrums aufweist. Dieses Feld führt zu einer Resonanz der Atomkerne im Probanden. Nach dem Abschalten der HF-Strahlung setzen die Atomkerne ihre Resonanz fort. Dies fährt zur Emission von HF-Strahlen aus den schwingenden Atomkernen. Die Emission wird als MRT-Signal erfasst. Für den Empfang der Resonanzemissionen des Probanden kann auch eine HF-Empfangsspule verwendet werden.
Bei einer HF-Empfangsspule mit fester Geometrie nimmt der Signal-Rausch-Abstand der Magnetresonanzsignale einer Probe etwa linear mit dem Magnetfeld zu. Je näher sich die HF-Empfangsspule an der Probe befindet, desto höher ist der Signal-Rausch-Abstand. Bei Feldern von geringer Intensität ist es daher sehr wichtig, dass sich die Empfangsspule nahe am Körper befindet. Je größer die Entfernung zwischen Spule und Körper, desto mangelhafter wird das MRT-Bild. In einer typischen MR-gestützten Interventionsprozedur kann der Proband in eine Volumenempfangsspule oder nahe einer Oberflächenempfangsspule platziert werden, die über die abzubildende Region gelegt wird, oder es kann eine Phased-Array-Spule eingesetzt werden.
Die Platzierung der Spule wird zu Beginn der Prozedur festgelegt. Die Spule ist ausreichend groß ausgelegt, um die gesamte Behandlungsregion abzudecken, sodass sie während der gesamten Prozedur stationär bleiben kann. Dieses Arrangement hat einige Nachteile. Bei großen Spulen leiden Bildqualität und Geschwindigkeit des MRT; auch die Genauigkeit und Sicherheit der Therapie werden beeinträchtigt. Wird andererseits eine kleinere Spule über großen Organen wie der Leber angeordnet, dann muss die therapeutische Vorrichtung unter Umständen über eine große Region bewegt werden. Die Spule wird dann zum Hindernis für die Bewegung. Für den Entwurf eines besseren MRT-Systems ist die Beweglichkeit der Spule in Erwägung zu ziehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt weist die Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungssystem zum Einsatz über einem Untersuchungsbereich eines Probanden auf. Ein solches System umfasst eine erste und eine zweite HF-Spule für den Empfang eines HF-Signals des Probanden. Die erste HF-Spule ist an einer Positionierungsvorrichtung fest angebracht und kann über der Zielregion des Probanden bewegt werden. Die zweite HF-Spule ist größer als die erste HF-Spule und hat ein größeres Sichtfeld als die erste HF-Spule. Das System umfasst ferner eine Bildgebungsvorrichtung, die für die Verarbeitung von gekoppelten HF-Signalen aus der ersten HF-Spule und der zweiten HF-Spule zur Erzeugung eines MRT-Bildes programmiert ist.
In einer Ausführungsform sind die erste HF-Spule und die zweite HF-Spule an verschiedenen Seiten des Probanden angeordnet und liegen einander gegenüber.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste HF-Spule und die zweite HF-Spule so ausgelegt, dass der Proband zwischen ihnen liegt und sie einander gegenüber liegen.
Andere Ausführungsformen umfassen das Bett des Probanden. Bei diesen Ausführungsformen befindet sich die zweite HF-Spule auf dem Probandenbett und ist so angeordnet, dass bei Gebrauch der Proband über der zweiten HF-Spule liegt, während sich die erste HF-Spule über dem Probanden befindet.
Weitere Ausführungsformen umfassen solche, in denen die erste HF-Spule so ausgelegt ist, dass sie einer Therapievorrichtung nachfolgt, während die Therapievorrichtung ihre Funktion in der Zielregion des Probanden durchführt. Bei einigen, jedoch nicht bei allen diesen Ausführungsformen ist die erste HF-Spule ringförmig ausgeführt und umfasst einen inneren offenen Raum, der größer als der Kopf der Therapievorrichtung ist.
Zu weiteren Ausführungsformen zählen solche, in denen die erste HF-Spule eine Oberflächenspule umfasst, sowie andere, in denen die zweite HF-Spule eine Phased-Array-Spule umfasst, und wiederum andere, in denen die erste HF-Spule und die zweite HF-Spule mindestens eine Einkanal-Spule, einen Abgleichring oder eine Array-Spule umfassen.
Bei diesen Ausführungsformen gibt es solche, die auch über einen Entkopplungsschaltkreis verfügen, um eine Kopplung zwischen der ersten HF-Spule und der zweiten HF-Spule oder innerhalb der zweiten HF-Spule zu eliminieren.
Noch andere Ausführungsformen umfassen jene, die über ein paralleles Verarbeitungsgerät zur Verarbeitung von aus der ersten HF-Spule und der zweiten HF-Spule parallel gekoppelten HF-Signalen zur Erzeugung des MRT-Bildes verfügen.
In anderen Ausführungsformen umfasst die zweite HF-Spule eine flexible Anordnung von Spulen, die einen Gürtel bilden, der um den Probanden gelegt werden kann.
In einem weiteren Aspekt weist die Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungssystem zum Einsatz bei einer medizinischen Behandlung über dem Untersuchungsbereich eines Probanden auf. Ein solches System umfasst eine Therapievorrichtung zur Abgabe von Energie an den Probanden wie auch erste und zweite HF-Spulen für den Empfang von HF-Signalen des Probanden. Die erste HF-Spule ist an einer Positionierungsvorrichtung befestigt und umfasst einen offenen Raum in ihrer Mitte, der ausreichend groß ist, dass er den Durchgang eines Kopfendes der Therapievorrichtung erlaubt. Die zweite HF-Spule ist größer als die erste HF-Spule und hat ein größeres Sichtfeld als die erste HF-Spule. Das System umfasst ferner eine Bildverarbeitungsvorrichtung, die für die Verarbeitung gekoppelter HF-Signale aus der ersten HF-Spule und der zweiten HF-Spule zur Erzeugung eines MRT-Bildes programmiert ist.
Zu den Ausführungsformen des obigen Systems zählen solche, in welchen die erste HF-Spule und die zweite HF-Spule so angeordnet sind, dass sie den Probanden in die Mitte nehmen und einander gegenüber liegen.
Es können verschiedene HF-Spulen benutzt werden. So gibt es beispielsweise Ausführungsformen des Systems, in welchen die erste HF-Spule und die zweite HF-Spule eine Einkanal-Spule, einen Abgleichring- oder eine Array-Spule umfassen. Ebenso gibt es Ausführungsformen, bei denen die erste HF-Spule eine Oberflächenspule umfasst. Und es gibt weitere Ausführungsformen, in denen die zweite HF-Spule ein Phased-Array von Spulen umfasst, in welchem die erste HF-Spule ringförmig ist, und in welchem die zweite HF-Spule aus einem Phased-Array von Spulen mit einer Vielzahl von Spulen besteht, bei denen mindestens zwei dieser Spulen induktiv gekoppelt sind und in welchem mindestens zwei dieser Spulen von einem gleichstromgesteuerten Kondensator gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite HF-Spule eine biegsame Anordnung von Spulen, die einen Gürtel bilden, der um den Probanden geschlungen werden kann.
Einige Ausführungsformen umfassen auch ein Probandenbett. Bei diesen Ausführungsformen ist die zweite HF-Spule so auf dem Probandenbett angeordnet, dass bei Gebrauch des Systems der Proband über der zweiten HF-Spule liegt, während sich die erste HF-Spule über dem Probanden befindet.
In weiteren Ausführungsformen ist die erste HF-Spule so ausgelegt, dass sie einer Therapievorrichtung nachfolgt, während die Therapievorrichtung Energie an die Zielregion des Probanden abgibt.
Noch andere Ausführungsformen umfassen einen Entkopplungsschaltkreis, um eine Kopplung zwischen der ersten HF-Spule und der zweiten HF-Spule oder innerhalb der zweiten HF-Spule zu eliminieren.
Weitere Ausführungsformen umfassen ein Parallelverarbeitungsgerät, das für die parallele Verarbeitung der aus der ersten HF-Spule und der zweiten HF-Spule gekoppelten HF-Signale programmiert ist.
Ebenso kann das System in einigen Ausführungsformen ein Steuergerät umfassen, so programmiert, dass es das MRT-Bild empfängt und die Therapievorrichtung bei Durchführung der medizinischen Behandlung in Echtzeit führt.
In einigen Ausführungsformen wird das MRT-Bild von der Therapievorrichtung während der Durchführung der medizinischen Behandlung als Referenzinformation benutzt.
In einem weiteren Aspekt weist die Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungssystem zum Einsatz bei einer medizinischen Behandlung über dem Untersuchungsbereich eines Probanden. Ein solches System umfasst eine Therapievorrichtung für die Abgabe von Energie an den Probanden, einen biegsamen HF-Spulengürtel, der für den Empfang eines HF-Signals eines Probanden um den Rumpf des Probanden geschlungen wird, sowie eine Bildgebungsvorrichtung, die so programmiert ist, dass sie die aus dem biegsamen HF-Spulengürtel gekoppelten HF-Signale zur Erzeugung eines MRT-Bildes verarbeitet. Der Spulengürtel umfasst eine erste, zweite, dritte und vierte HF-Spule. Die erste HF-Spule umfasst einen in ihrer Mitte befindlichen Raum. Dieser offene Raum weist eine Größe auf, die den Durchgang des Kopfendes der Therapievorrichtung erlaubt. Die zweite HF-Spule ist mit der ersten HF-Spule induktiv gekoppelt. Wenn der biegsame HF-Spulengürtel um den Rumpf geschlungen ist, dann ist die dritte HF-Spule elektrisch mit der vierten HF-Spule gekoppelt.
Eine Ausführungsform umfasst auch ein zwischen dem biegsamen HF-Spulengürtel und dem Rumpf des Probanden angeordnetes drehbares Mittel, um die Drehung des HF-Spulengürtels um den Rumpf des Probanden zu erlauben.
Andere und weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden bei der Lektüre der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen ersichtlich, welche dazu bestimmt ist, den Umfang der beiliegenden Ansprüche darzustellen, ihn nicht jedoch einzuschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Hier sind verschiedene Ausführungsformen beschrieben und dargestellt, samt Verweis auf Zeichnungen, in welchen gleiche Gegenstände mit derselben Referenznummer versehen sind, und in welchen:
eine Oberflächenspule ist,
ein Systemdiagramm für ein Beispiel eines MR-gestützten HIFU-Systems ist,
eine Kombination aus HF-Spulen darstellt,
das Schaltdiagramm einer nur für den Empfang bestimmten kreisförmigen Oberflächenspule ist,
das Schaltdiagramm dreier überlappender kreisförmiger Oberflächenspulen zeigt,
das Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Entkopplungsschaltkreises zwischen zwei überlappten kreisförmigen Oberflächenspulen darstellt,
ein Kunststoffpaket von drei kreisförmigen Oberflächenspulen darstellt,
eine Seitenansicht einer biegsamen Phased-Array-Spule ist,
eine Illustration eines Spulengürtels für die Platzierung um oder teilweise um einen menschlichen Rumpf ist, und
eine Aufsicht des in gezeigten Spulengürtels darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In einem MRT-System finden drei Arten magnetischer Felder Anwendung: Hauptfelder oder statische Felder, Gradientenfelder und Hochfrequenzfelder (HF-Felder). Das statische Feld besteht aus einem starken und in hohem Maße gleichförmigen Magnetfeld über die gesamte im Bild darzustellende Region. Das ideale statische Feld muss über den gesamten Raum äußerst gleichförmig und über die Zeit äußerst konstant sein. Im Betrieb wird zur Verbesserung der räumlichen Gleichförmigkeit des statischen Feldes ein zusätzlicher Elektromagnet benutzt. Drei Gradientenfelder, je eines für die Richtungen x, y und z, werden zur Codierung von Positionsdaten in das NMR-Signal und zur Anwendung einer Fourier-Transformation auf dieses Signal zur Berechnung des Bildintensitätswerts für jedes Pixel verwendet. Im Betrieb liefert die Gradienten-Spule ein linear variables Magnetfeld, das die Lage von an verschiedenen Punkten des Probanden generierten HF-Signalen unterscheidet. Die HF-Spule könnte für zwei wesentliche Zwecke verwendet werden: Übertragen und Empfangen von Signalen. Die Spule strahlt Energie mit einer bestimmten Frequenz in einen Probanden ab, um im Probanden eine Vielzahl magnetischer Kernspins zu erzeugen. Der Spin wird durch ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, dessen Amplitude sich proportional zum statischen Magnetfeld verhält und sich mit Larmorfrequenz dreht. Während die Spule als Empfänger benutzt wird, entdeckt sie ein durch den Spin generiertes HF-Antwortsignal.
In MRT-Systemen werden gewöhnlich drei Arten von HF-Spulen benutzt: Körperspulen, Kopfspulen und Oberflächenspulen. Körper- und Kopfspulen sind zwischen dem Probanden und den Gradient-Spulen angeordnet und sind für die Erzeugung eines HF-Magnetfelds ausgelegt, das über die gesamte abzubildende Region gleichförmig ist. Körper- und Kopfspulen sind von ausreichender Größe, um die abzubildende Region zu umspannen. Körperspulen können einen ausreichend großen Durchmesser (50 bis 60 cm) aufweisen, um den gesamten Körper des Probanden zu umspannen. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei einer Oberflächenspule um eine kleinere Spule, ausgelegt für die Bildgebung einer begrenzten Region, der ROI („Region of Interest”). Oberflächenspulen sind in unterschiedlichsten Formen und Größen verfügbar und können in dieser eingeschränkten Region einen höheren Signal-Rausch-Abstand als Kopfspulen oder Körperspulen bieten. Ein Beispiel für eine Oberflächenspule ist die in dargestellte flache Oberflächenspule 120. Eine solche Spule 120 kann sehr nahe an der abzubildenden Region angewandt werden und insbesondere in der Mitte der HF-Spule einen guten Signal-Rausch-Abstand aufweisen. Das im Mittelpunkt empfangene Signal weist die höchste Stärke auf; mit zunehmender Entfernung vom Mittelpunkt nimmt die Signalstärke ab. Das Sichtfeld ist so auf einen bestimmten geringen Bereich beschränkt.
MRT-Systeme sind bereits seit vielen Jahren für Diagnosedaten im Einsatz. Die Forschung und Studien der jüngsten Zeit haben ein starkes Interesse an der Durchführung bildgestützter invasiver chirurgischer Prozeduren erkennen lassen. MRT-Daten, die dazu geeignet sind, ausgezeichneten Weichgewebekontrast und genaue Positionsdaten zu liefern, werden Chirurgen häufig vor Eingriffen, beispielsweise vor der Durchführung einer Biopsie, zur Verfügung gestellt. Die Anfertigung eines MRT-Bildes in Echtzeit während des Eingriffs ist jedoch zu bevorzugen. Ein in diesem Dokument offen gelegtes System kombiniert Thermoablationschirurgie und MRT-Scans.
Thermoablation umfasst die Erhitzung von Gewebe mit HF-Energie, mit Mikrowellenenergie, mit fokussiertem Ultraschall oder mit Laserlicht. Von diesen vier Methoden ist der fokussierte Ultraschall wegen seiner Eigenschaft, Tumorgewebe im Menschen nicht-invasiv abzutragen, besonders wichtig.
In der illustrierten Ausführungsform wird hochintensiver fokussierter Ultraschall (HIFU) über einen konkaven Geber zugeführt, der ihn auf einen Ultraschallstrahl fokussiert. Ein Beispiel eines solchen HIFU kann bis zu einer Tiefe von 10 cm fokussieren und kann eine fokale Läsion mit einer Länge von 10 mm und einem Querschnittsdurchmesser von 2 mm erzeugen. HIFU veranlasst Zellen, zu oszillieren und dadurch Reibungswärme in ausreichender Menge zu erzeugen, um sie zu zerstören. Ein nützliches Merkmal von HIFU besteht in seiner Fähigkeit, eine Läsion mit einem sehr scharf abgegrenzten Profil zu erzeugen, wodurch er wiederum in der Lage ist, nicht zu behandelndes Gewebe unverletzt zu lassen. HIFU kann äußerlich angewendet werden und stellt daher eine nichtinvasive chirurgische Methode dar.
zeigt das Beispiel eines MR-gestützten HIFU-Systems. Das MR-Bildgebungssystem umfasst Magnete 210 zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds, Gradient-Spulen 220 zur Erzeugung räumlich über die drei orthogonalen Koordinaten verteilter magnetischer Felder, sowie HF-Spulen 230 für den Empfang von HF-Signalen. Das von den HF-Spulen 230 empfangene Signal wird an einen MRT-Controller 232 übertragen und wird weiter zu einem Bild umgeformt, das auf einer mit einem Computer verbundenen Anzeigekonsole 296 angezeigt wird. Das HIFU-Behandlungssystem umfasst einen HIFU-Geber 280 und einen HIFU-Controller 282. Sowohl der MRT-Controller 232 als auch der HIFU-Controller 282 können mit einem MRT-gestützten HIFU-Controller 290 kommunizieren.
Bei Gebrauch liegt der Proband 260 auf einem Tisch 270. Wiewohl in dieser nicht dargestellt, unterliegt der HIFU-Geber 280 der Steuerung durch einen HIFU-Controller 282 bzw. durch einen MRT-gestützten HIFU-Controller 290 zur Übertragung von fokussiertem Ultraschall auf das Zielgewebe 268 im Probanden 260. Der Computer 296 wird von den medizinischen Fachleuten zur Abstimmung des Systems, zur Planung von Behandlungsverfahren und zur Kontrolle der Therapie in Echtzeit sowie zur Durchführung von Bildverarbeitungsaufgaben, beispielsweise zur Verarbeitung der von den HF-Spulen erhaltenen Daten und zur Erstellung eines Bildes auf der Grundlage dieser Bilder eingesetzt.
Bei einem verbesserten MR-gestützten HIFU-System kommt eine kreisförmige Oberflächenspule 120, wie in dargestellt, in als HF-Spule 230 zum Einsatz. Im Gegensatz zu MR-gestützten HIFU-Systemen sind weder die Oberflächenspule 120 noch der HIFU-Geber 280 am Tisch 270 fixiert. Stattdessen können sowohl die Oberflächenspule 120 als auch der HIFU-Geber 280 relativ zueinander bewegt werden. Insbesondere hat der HIFU-Geber 280 einen Kopf, der das Mittel loch der Oberflächenspule 120 passieren kann. Eine Ausführungsform der Oberflächenspule 120 weist einen Innendurchmesser von 16 cm und eine Stärke von 35 μm auf. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Geberkopfs weniger als 16 cm. Außerdem kann zur Vermeidung einer Beeinträchtigung der Bewegung der Therapievorrichtung die Oberflächenspule 120 zusammen mit dem HIFU-Geber 280 bewegt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Therapievorrichtung und die Oberflächenspule 120 in dem Sinne konfokal, dass die Therapievorrichtung und die Spule immer dieselbe lokale räumliche Region abdecken.
Die Oberflächenspule 120 muss nicht vollkommen kreisförmig sein. Eine Oberflächenspule in Form eines quadratischen Rings und mit einem Innendurchmesser, der für den Durchgang des Gebers ausreicht, wäre ein weiteres Beispiel einer geeigneten Oberflächenspule 120. Andere Oberflächenspulen 120 mit einem gleichwertigen Anteil oder einer gleichwertigen Ausrichtung können ebenso eingesetzt werden.
Eine einzelne Oberflächenspule 120 kann effektiv nur eine begrenzte Region abbilden, deren Abmessungen mit dem Durchmesser der Oberflächenspule vergleichbar sind. Um die Konfiguration des Systems zu verbessern und das Sichtfeld zu vergrößern, sind in einer alternativen Konstruktion eine Oberflächenspule 120 und eine biegsame Spule 129 kombiniert.
Wie in dargestellt, befindet sich ein Proband zwischen einer Oberflächenspule 120 und einer biegsamen Spule 129, wobei die biegsame Spule 129 größer ist als die kreisförmige Spule 120. Die biegsame Spule 129 kann wie ein Gürtel um den Probanden geschlungen werden. In einigen Ausführungsformen ist der Umfang der biegsamen Spule 129 einstellbar, damit er bei Probanden unterschiedlichen Bauchumfangs einsetzbar ist; auch macht ihn seine Geometrie für die Anwendung am Unterleib geeignet. Die biegsame Spule 129 unter der hinteren Seite kann einen biegsamen Phased-Array von Spulen aufweisen. Die von der kleinen Oberflächenspule 120 und von jeder biegsamen Spule des biegsamen Phased-Array von Spulen eingehenden HF-Signale werden zur weiteren Verarbeitung mit den jeweiligen Vorverstärkern verbunden.
Bei einer HF-Empfangsspule mit fester Geometrie gilt, dass mit zunehmender Entfernung zwischen Spule und Körper die MRT-Bildqualität abnimmt. Es ist daher wichtig, dass die Empfangsspule während ihres Betriebs möglichst nahe am Körper anliegt. Im Phased-Array sind zahlreiche Spulen mit fester Geometrie so angeordnet, dass sie eine große gestaffelte Geometrie bilden.
Bei induktiver Kopplung der Spulen schwingen die Spulen wie eine einzige Struktur. In diesen Fällen kann sich der gleichzeitige Abgleich der Impedanz jedes Elements mit den Empfängerschaltkreisen als schwierig erweisen. Zur Ausschaltung der Effekte dieser gegenseitigen Induktivität lassen sich mehrere Methoden einsetzen. Eine Methode besteht darin, die Überlappung benachbarter Spulen so einzustellen, dass zwischen benachbarten Spulen ein Magnetfluss von Null entsteht, wodurch die gegenseitige Induktivität auf Null sinkt. Eine weitere Methode besteht im Einsatz eines HF-Abstimmungs-/Abgleichschaltkreises in den Array-Spulen zum Abgleich mit der Impedanz der MRT HF-Spulen. Noch eine andere Methode besteht in der Verwendung eines schmetterlingsförmigen Verbindungsprofils zur Eliminierung gegenseitiger Induktion zwischen benachbarten Spulen. Weitere Methoden sind unter Anderem eine Neukonstruktion der Vorverstärker oder eine Verbesserung der Nachbearbeitungsfähigkeit.
Ein Beispiel eines Schaltkreisentwurfs zur Eliminierung induktiver Kopplung im Spulen-Array ist in , und dargestellt.
In ist eine nur für den Empfang bestimmte Oberflächenspule mit einer Kupferspulenschleife 101 mit verteilten Kondensatoren 102 in Serie geschaltet, um bei der MRT-Larmorfrequenz zu schwingen. Die Spulenschleife 101 wird während des HF-Hochleistungsbetriebs durch aktive und passive Schaltkreise entkoppelt. Die passiven Entkopplungsschaltkreise umfassen eine Zener-Diode 103, einen Induktor 107 und einen Kondensator 102. Die aktiven Entkopplungsschaltkreise, zu denen eine PIN-Diode 104, der Induktor 107 und der Kondensator 102 zählen, werden von einem aktiven Entkopplungseingang 108 durch Fernsignal geschaltet. Die Resonanzfrequenz kann durch Anlegen einer Gleichspannung aus einem Abstimmungseingang 110 über einen Varaktor 105 eingestellt werden. Der Varaktor 105 wird dann an einen LC-Schwingkreis geschaltet, um die gewünschte Schwingfrequenz zu erhalten, sollte eine Frequenzabstimmung erforderlich werden. Der Einsatz eines Varaktors 105 ist Personen mit Kenntnis der Technik zur Umsetzung im Abstimmungsschaltkreis bekannt; die Umsetzung des Abstimmungsschaltkreises in ist nur eine von vielen Ausführungsformen. Das gesamte Abstimmungs- und Entkopplungssteuersignal wird mit der Drossel 106 seriell verbunden, um das HF-Signal vom Wechselstrom zu isolieren, wenn die Schaltkreise an jeden Fernsteuerungseingang wie den aktiven Entkopplungseingang und den Auto-Tuning-Eingang angeschlossen oder mit der Erde 109 verbunden werden.
Eine biegsame Spule ist einstellbar, um Probanden unterschiedlicher Größe aufnehmen zu können; sie maximiert daher die Kopplung über einen großen Bereich von Probandengrößen und minimiert den Umfang der erforderlichen Abstimmung zum Abgleich der Spulenausgangsimpedanz mit den einzelnen Vorverstärkern. Die biegsame Phased-Array-Spule 10, wie in gezeigt, kann wie ein Gürtel um den Probanden geschlungen werden. Die biegsame Phased-Array-Spule 10 in umfasst drei biegsame rechteckige Spulen 22, 24 und 26, die sich überlappen, um die gegenseitige Induktivität aufzuheben. Wie in dargestellt, umfasst der überlappende Bereich eine durchgehende Linie und eine gestrichelte Linie als Überlappung zweier einzelner Spulen 22 und 24 oder 24 und 26.
Wie in in größerem Detail dargestellt, sind die überlappenden Spulen 22, 24 und 26 miteinander identisch. Die Überlappungsbereiche in zeigen, dass Spulenpaare nur induktiv, nicht jedoch elektrisch gekoppelt sind. Hier ist jedoch anzumerken, dass der Überlappungsbereich, beispielsweise die Überlappung zwischen Spule 22 und Spule 24, wie in verbunden sein können, in welcher zwei Spulen 22 und 24 über einen gleichstromgesteuerten Kondensator 112 verbunden sind und vom Abstimmungseingang 110 gesteuert werden.
Die Spulen sind hinter einem Kunststoffkörper enthalten, um den direkten Kontakt mit dem menschlichen Körper zu vermeiden. In ähnlicher Weise befindet sich der gesamte aktive Entkopplungs- und Auto-Tuning-Regelschaltkreis 42 in in einem offenen Bereich 42a von zum Anschluss an den Fernsteuerungsschaltkreis. Zurück zu , die Spulenausgänge 111 übertragen Ausgangssignale an die einzelnen Vorverstärker. Eine Drehachse 202 verbindet jeden Kunststoffkörper und erlaubt der biegsamen Spule, sich in gewissem Umfang zu biegen.
Die biegsame Phased-Array-Spule begrenzt einen Gürtel 1104, der um einen Teil des Körpers geschlungen werden kann, wie in der Seitenansicht in dargestellt, oder sogar um den ganzen Rumpf 1100, wie in gezeigt. Der Gürtel 1104 hat ein Gürtelloch 1106 ähnlich dem Mittelloch der Oberflächenspule 120, durch welches der HIFU-Geber 280 passieren kann. Der Gürtel 1104 kann um eine Kugel 1102 gedreht werden, die sich zwischen dem Gürtel 1104 und dem Rumpf 1100 des Körpers befindet. In nicht gebogener Konfiguration stellt sich der Gürtel 1104 wie in dar. Der Gürtel 1102 umfasst drei volle Spulen 1204, 1206 und 1208 und zwei halbe Spulen 1202 und 1210, wobei das Gürtelloch 1106 in Spule 1206 angeordnet ist. Wenn der Gürtel 1104 geschlungen ist, bilden die beiden Halbspulen 1202, 1210 eine volle Spule.
Das in diesem Dokument beschriebene Gerät, das die Vorteile der MRT-Bildgebung und eines nicht-invasiven Therapieverfahrens in sich vereint, erfordert zur Senkung der Erfassungszeit eine schnelle Bildgebungsmethode. Parallele MRT-Methoden beschleunigen die Bilderfassung durch Extraktion räumlicher Daten aus den Empfindlichkeitsmustern der HF-Spulen-Arrays und durch Austausch dieser Daten gegen jene Daten, die normalerweise in einer Impulsfolge eines Gradientenfelds erfasst würden. Daher verbessert der Einsatz einer kleinen fokussierten Spule an der Vorderseite und eines biegsamen Phased-Arrays nicht nur die Bildqualität an der Behandlungsstelle sondern auch die Geschwindigkeit durch parallele Bildgebung. Bei paralleler Bildgebung würde ein Regelgerät MRT-Echtzeitbilder empfangen und auf der Grundlage der Daten dieser Bilder die Therapievorrichtung bei der Durchführung einer medizinischen Prozedur in Echtzeit führen oder die MRT-Bilder in eine Referenz umwandeln, die bei der Durchführung der medizinischen Prozedur unterstützen mitwirken können.
Nach der Beschreibung des Patents und einer bevorzugten Ausführung desselben wird Folgendes als neu beansprucht und ist durch eine Patentschrift geschützt:

Claims

Magnetresonanzbildgebungssystem zum Einsatz über einem Untersuchungsbereich eines Probanden , wobei das genannte System umfasst: einer ersten HF-Spule für den Empfang eines HF-Signals des genannten Probanden, wobei die erste HF-Spule an einer Positionierungsvorrichtung angebracht ist und über der genannten Zielregion des Probanden bewegt werden kann, einer zweiten HF-Spule für den Empfang eines HF-Signals des genannten Probanden, von dem ein Bild erzeugt werden soll, wobei die genannte zweite HF-Spule größer als die genannte erste HF-Spule ist und ein größeres Sichtfeld als die genannte erste HF-Spule hat, einer Bildgebungsvorrichtung, die für die Verarbeitung gekoppelter HF-Signale aus der genannten ersten HF-Spule und der genannten zweiten HF-Spule zur Erzeugung eines MRT-Bildes programmiert ist.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, in welchem die genannte erste HF-Spule und die genannte zweite HF-Spule an verschiedenen Seiten des genannten Probanden angeordnet sind und die genannte erste HF-Spule und die genannte zweite HF-Spule einander gegenüberliegen.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, in welchem die genannte erste HF-Spule und die genannte zweite HF-Spule so angeordnet sind, dass sie den genannten Probanden in die Mitte nehmen und einander gegenüber liegen.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Probandenbett, in welchem die genannte zweite HF-Spule auf dem genannten Bett dergestalt angeordnet ist , dass während des Gebrauchs der genannte Proband über der genannten zweiten HF-Spule liegt und sich die genannte erste HF-Spule über dem genannten Probanden befindet.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, in welchem die genannte erste HF-Spule so ausgelegt ist, dass sie einer Therapievorrichtung nachfolgt, während die genannte Therapievorrichtung ihre Funktion in der genannten Zielregion des genannten Probanden durchführt.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 5, in welchem die genannte erste HF-Spule ringförmig ist und einen inneren offenen Raum umfasst, der größer als der Kopf der genannten Therapievorrichtung ist.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, in welchem die genannte erste HF-Spule eine Oberflächenspule umfasst.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, in welchem die genannte zweite HF-Spule eine Phased-Array-Spule umfasst.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Entkopplungsschaltkreis, um eine Kopplung zwischen der genannten ersten HF-Spule und der genannten zweiten HF-Spule oder innerhalb der genannten zweiten HF-Spule zu eliminieren.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein paralleles Verarbeitungsgerät zur Verarbeitung von aus der genannten ersten HF-Spule und der genannten zweiten HF-Spule parallel gekoppelten HF-Signalen zur Erzeugung des genannten MRT-Bildes.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, in welchem die genannte erste HF-Spule und die genannte zweite HF-Spule mindestens eine Einkanalspule, einen Abgleichring oder eine Array-Spule umfasst.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 1, in welchem die genannte zweite HF-Spule eine flexible Anordnung von Spulen umfasst, die einen Gürtel bilden, der um den Probanden geschlungen werden kann.
Magnetresonanzbildgebungssystem zum Einsatz bei einer medizinischen Behandlung über dem Untersuchungsbereich eines Probanden, das genannte System umfassend: eine Therapievorrichtung zur Abgabe von Energie an den genannten Probanden, eine erste HF-Spule für den Empfang eines HF-Signals des genannten Probanden, wobei die genannte erste HF-Spule an einer Positionierungsvorrichtung befestigt ist und einen offenen Raum in ihrer Mitte begrenzt und der genannte offene Raum von ausreichender Größe ist, um den Durchgang eines Kopfendes der genannten Therapievorrichtung zu erlauben, eine zweite HF-Spule für den Empfang eines HF-Signals des genannten Probanden, wobei die genannte zweite HF-Spule größer ist als die genannte erste HF-Spule und ein größeres Sichtfeld als die genannte erste HF-Spule hat, sowie eine Bildgebungsvorrichtung, die für die Verarbeitung von gekoppelten HF-Signalen aus der genannten ersten HF-Spule und der genannten zweiten HF-Spule zur Erzeugung eines MRT-Bildes programmiert ist.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die genannte erste HF-Spule und die genannte zweite HF-Spule so angeordnet sind, dass sie den genannten Probanden in die Mitte nehmen und einander gegenüber liegen.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, ferner aufweisend ein Probandenbett, in welchem die genannte zweite HF-Spule auf dem genannten Bett dergestalt angeordnet ist, dass, wenn sich das genannte System in Gebrauch befindet, der genannte Proband über der genannten zweiten HF-Spule liegt und sich die genannte erste HF-Spule über dem genannten Probanden befindet.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die genannte erste HF-Spule so ausgelegt ist, dass sie einer Therapievorrichtung nachfolgt, während die genannte Therapievorrichtung der genannten Zielregion des genannten Probanden Energie zuführt.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die genannte erste HF-Spule und die genannte zweite HF-Spule mindestens eine Einkanalspule, einen Abgleichring oder ein Array von Spulen umfasst.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die genannte HF-Spule eine Oberflächenspule umfasst.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die genannte zweite HF-Spule ein Phased-Array von Spulen umfasst.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, ferner umfassend einen Entkopplungsschaltkreis, um eine Kopplung zwischen der genannten ersten HF-Spule und der genannten zweiten HF-Spule oder innerhalb der genannten zweiten HF-Spule zu eliminieren.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, ferner umfassend ein paralleles Verarbeitungsgerät, programmiert für die Verarbeitung von aus der genannten ersten HF-Spule und der genannten zweiten HF-Spule parallel gekoppelten HF-Signalen zur Erzeugung des genannten MRT-Bildes.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die genannte zweite HF-Spule ein Phased-Array mit einer Vielzahl von Spulen umfasst, von denen mindestens zwei der genannten Spulen induktiv gekoppelt sind, und in welchem mindestens zwei der genannten Spulen von einem gleichstromgesteuerten Kondensator gesteuert werden.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die erste genannte HF-Spule ringförmig ausgebildet ist.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem die genannte zweite HF-Spule eine flexible Anordnung von Spulen umfasst, die einen Gürtel bilden, der um den Probanden gelegt werden kann.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Steuergerät, wobei das genannte Steuergerät so programmiert ist, dass es das genannte MRT-Bild empfängt und die genannte Therapievorrichtung zur Durchführung der genannten medizinischen Behandlung in Echtzeit anleitet.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13, in welchem das genannte MRT-Bild von der genannten Therapievorrichtung während der Durchführung der genannten medizinischen Behandlung als Referenzinformation benutzt wird.
Magnetresonanzbildgebungssystem zum Einsatz bei einer medizinischen Behandlung über dem Untersuchungsbereich eines Probanden , das genannte System umfassend: eine Therapievorrichtung zur Abgabe von Energie an den genannten Probanden, einen flexiblen HF-Spulengürtel, der für den Empfang eines HF-Signals des genannten Probanden um den Rumpf des genannten Probanden zu schlingen ist, wobei der genannte Spulengürtel eine erste HF-Spule, eine zweite HF-Spule, eine dritte HF-Spule und eine vierte HF-Spule umfasst, und in welchem die genannte erste HF-Spule einen offenen Raum in ihrer Mitte aufweist, wobei der genannte offene Raum ausrechend groß ist, dass er den Durchgang eines Kopfendes der genannten Therapievorrichtung erlaubt, die genannte zweite HF-Spule mit der genannten ersten HF-Spule induktiv gekoppelt ist, und die genannte dritte HF-Spule mit der genannten vierten HF-Spule elektrisch gekoppelt ist, wenn der genannte biegsame HF-Spulengürtel über den genannten Rumpf geschlungen ist, sowie eine Bildgebungsvorrichtung, programmiert für die Verarbeitung gekoppelter HF-Signale aus dem genannten flexiblen HF-Spulengürtel zur Erzeugung eines MRT-Bildes.
Das Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 27, ferner umfassend ein zwischen dem genannten biegsamen HF-Spulengürtel und dem genannten Rumpf des genannten Probanden angeordnetes drehbares Mittel, um die Drehung des genannten biegsamen HF-Spulengürtels um den genannten Rumpf des genannten Probanden zu erlauben.